Patofyziologie respiračního systému III

Transkript

1 Patofyziologie respiračního systému III Plicní cirkulace & perfuze, limitující faktory Plicní hypertenze Plicní embolie Plicní edém ARDS Shrnutí - respirační insuficience

2 Plicní vs. systémový oběh Plíce jsou jediným orgánem, kterým prochází veškerá krev!!! v objemu, který se rovná srdečnímu výdeji (cardiac output, CO) Tlak je generován pravou komorou (right ventricle, RV) pří zvýšení CO (např. fyzická aktivita) musí být plicní cirkulace schopna pojmout objem bez významného zvýšení práce RV distenze a recruitment v klidu uzavřených kapilár tj. vzhledem k jiným tlak a objemovým poměrům a délce je i morfologie plicní cév jiná méně hladké svaloviny, větší roztažnost tlakem a zvýšeným průtokem ale svalovina malých plicních arterií je důležitá viz hypoxická vazokonstrikce Plicní vaskulární rezistence (PVR) kolísá mezi nádechem a nádechem, tedy s objemem plic (viz dále) Plíce mají dvojí krevní zásobení deoxygenovaná krev z RV cestou plicní arterie (PA) systémové (nutriční) zásobení dýchacích cest (po úroveň resp. bronchiolů) bronchiální cirkulací odstup z descendentní aorty bronchiální vény z malé části drénují do pulmonální vény a podílí se tak na fyziologickém zkratu 4 hlavní plicní vény ústí do levé síně (LA)

3 Plicní vs. systémový oběh Plicní cirkulace tlak / odpor / poddajnost menší tlakový gradient je dostačující k překonání vzdálenosti mezi RV a LA odpověď na P O2 (tj. alveolární hypoxie) vazokonstrikce s cílem optimalizace V A /Q nepoměru, redistribuce krve do lépe ventilovaných oblastí plic největší pokles tlaku v plicním kapilárním řečišti Systémová cirkulace tlak / odpor / poddajnost obrovský tlakový gradient je nutný k překonání velké vzdálenosti mezi LV a RA odpověď na P O2 (tj. hypoxemie) vazodilatace s cílem zvýšení průtoku a dodávky kyslíku největší pokles tlaku před kapilárním řečištěm

4 Pokles tlaku mezi začátkem a koncem malého a velkého oběhu

5 Co determinuje průtok (plicní) cévou efekt PVR Q = P / R Q = flow P = pressure difference R = resistance

6 Plicní cirkulace alveolární a extra-alveolární cévy alveolární cévy kapiláry alveolárních sept působí na ně alveolární tlak (měnící se během nádechu a výdechu) nádechem jsou tedy komprimovány extra-alveolární cévy arterie a vény v intersticiu lemující větvení dýchacích cest tvoří tzv. bronchovaskulární svazek roztahovány radiální trakcí elastických elementů intersticia tudíž nádechem jsou otevírány místo, kde se iniciálně začíná kumulovat tekutina při plicním edému

7 Pulmonary vascular resistance - minimal at FRC

8 Vztah mezi objemem plic a PVR PVR je hlavní determinantou afterloadu RV významně roste při obou extrémech objemu plic během nárůstu z reziduálního objemu (RV) k celkové plicní kapacitě (TLC) alveolární cévy (červeně) jsou zvýšeně komprimovány zvýšeným alveolárním tlakem, takže jejich rezistence roste zatímco extra-alveolární cévy (modře) se dilatují (a napřimují) s inflací plic u zdravého člověka tyto protichůdné efekty inflace určují minimální PVR při funkční reziduální kapacitě (FRC)

9 Při fyzické zátěži se zvyšuje CO - recruitment a distenze plicních kapilár

10 Starling resistor efekt alveolárního tlaku na průsvit cév

11 Nerovnováha mezi mezi ventilací a perfuzí distribuce krve v plicích je fyziologicky nerovnoměrná vlivem gravitace / hydrostatického tlaku roste od apexu k bázím plic toto přispívá k jistému nepoměru mezi V A /Q ratio i u zdravých lidí vezmeme-li v úvahu efekt alveolárního tlaku na perfuzi můžeme definovat teoretické zóny plic (1 3) vzhledem k větší perfuzi bází plic je příspěvek těchto oblastí větší

12 Koncept plicních zón zóna 1 u normální plíce (ve vzpřímeném postoji) prakticky neexistuje patologicky se zvětšuje u hypotenze/hypovolemie (např. krvácení) mechanická ventilace plic pozitivním přetlakem zóna 2 průtok je určen rozdílem Pa a PA a ne tlakovým gradientem Pa Pv patologicky se zvětšuje u hypoventilace a dýchání s malých TD zóna 3 průtok je určen rozdílem Pa Pv, protože oba jsou větší než alveolární tlak (PA) patologicky se zvětšuje u PH a atelektázy

13 PLICNÍ HYPERTENZE

14 Plicní hypertenze definována jako abnormální vzestup krevního tlaku v plicnici nejedná se o onemocnění (s výjimkou primární PAH), ale hemodynamickou abnormalitu, která provází řadu onemocnění kritéria PH tlak v a. pulmonalis systolický tlak > 35 mmhg, střední tlak > 25 mmhg, diastolický tlak > 12 mmhg Z hlediska hemodynamiky a rozlišujeme: prekapilární PH normální tlak v zaklínění sk. 1, 3, 4 a některé 5 postkapilární PH sk. 2 hyperkinetickou PH některé 5 např. hyperthyreóza, srdeční vady (komunikace) aj. Z hlediska příčin rozlišujeme: plicní arteriální hypertenze (PAH), PH při onemocnění levého srdce, PH u respiračních chorob a nebo při hypoxémii, PH u chronické trombotické nebo embolické nemoci, PH z jiných příčin

15 Pravostranná plicní katetrizace ke zjištění PAP a PCWP (jako aproximace PLA)

16 Plicní hypertenze (mean PAP >25 mmhg)

17 (A G): důvod nárůstu tlaku v plicnici A - pulmonary arteries and arterioles: pulmonary arterial hypertension pulmonary hypertension associated with lung diseases (PH-lung) B - pulmonary venules: pulmonary veno-occlusive disease C - pulmonary veins: PV stenosis D - left atrium: stiff LA E - mitral valve: mitral stenosis mitral regurgitation F - left ventricle: heart failure with reduced ejection fraction heart failure with preserved ejection fraction G left ventricular outflow tract: aortic stenosis

18 Primární/idiopatická/familiární PAH důsledkem remodelace stěn plicních arterií hypertrofie hladké svaloviny medie zvýšení rezistence plicních arterií a tím i ke zvýšení tlaku v plicním řečišti tlak v zaklínění normální (do 12 mmhg) velmi vysoké hodnoty středního tlaku v plicnici (okolo 60 mmhg) velmi špatná prognóza onemocnění, naštěstí vzácná genetická predispozice

19 Plicní hypertenze u respiračních chorob primární onemocnění je v plicích typicky jde o prekapilární hypertenzi tlak v zaklínění je normální etiologie CHOPN intersticiární fibróza syndrom obstrukční spánkové apnoe aj. cor pulmonale

20 Hypoxická plicní vazoconstrikce (HPV) fyziologický fenomén konstrikce malých arterií plic při alveolární hypoxii u hypoventilace a nízkého V A /Q poměru je to homeostatický mechanismus vlastní plicní vaskulatuře odklonění krve k lépe ventilovaným oblastem plica tedy optimalizace ventilačně perfuzního poměru a systémové dodávky kyslíku mechanismus v odpovědi na nízký kyslík v alveolu se v mitochondrii mění produkce ROS a redoxní coupling toto přenáší na hladké svalové buňky medie pulmonálních arterií toto blokuje draslíkové kanály, depolarizuje a aktivuje napěťově řízené kalciové kanály zvýšení intracel. Ca vede k vazokonstrikci přetrvávající hypoxie aktivuje rho kinase a hypoxia-inducible factor (HIF)-1α, což vede k cévní remodelaci a plicní hypertenzi (PH) následkem výšení předtížení RV je její remodelace (hypertrofie), tedy cor pulmonale primární role HPV je udržení vysoké PVR ve fetální cirkulaci u neventilovaných fetálních plic - HPV divertuje krev do systémové vaskulatury

21 Mechanism of HPV The current model of the cellular mechanism of hypoxic pulmonary vasoconstriction in a rat pulmonary artery (PA). Relevant ion channels are displayed. Under normoxia, the membrane potential of the smooth muscle of the PA is held at approximately 50 mv because of the TASK-like background current of a K + channel. Hypoxic conditions initially decrease TASK activity. When combined with TXA 2, activation of NSC induces membrane depolarization up to the threshold voltage for activation of K v channels (Step 1). In addition to the NSC activation, hypoxic inhibition of the K v current further depolarizes the membrane potential (Step 2). As the membrane potential depolarizes above 40 mv, the activation of VOCC L eventually allows for Ca 2+ influx for contraction of smooth muscles. K v, voltagegated K + channel; NSC, nonselective cation channel; TASK-1, background-type K + channel with a two-pore domain (K2P); TXA 2, thromboxane A 2 ; VOCC L, voltage-gated L-type Ca 2+ channels.

22 Chronická tromboembolická plicní hypertenze (CTEPH) stav, kdy po plicní embolii nedojde ani přes adekvátní terapii k dostatečné rekanalizaci trombů naopak dochází k jejich reorganizaci, fibrotizaci, trvalému přichycení ke stěně arterií a možnému následnému narůstání cca 2 4 % pacientů po proběhlé plicní embolii tlak v zaklínění je normální může být při přítomnosti trombů obtížné jej katetrizačně měřit v závislosti na rozsahu PE masivní akutní cor pulmonale a příp. úmrtí střední porucha VA/Q (mrtvý prostor), přetížení RV drobná často bez příznaků PE typicky následek hluboké žilní trombózy

23 Plicní embolie jako následek hluboké žil. trombózy

24 PLICNÍ EDÉM

25 Plicní edém definice: abnormální akumulace tekutiny v extravaskulárním prostoru plic co určuje distribuci tekutin v plicním parenchymu? (1) hydrostatický tlak favorizuje filtraci v plicích, protože je pozitivní oproti tlaku v intersticiu (2) onkotický tlak (zejm. albumin) inhibuje filtraci, protože je velmi nízký v intersticiu (3) permeabilita permeabilita kapilární vrstvy alveolární vrstvy rozdílná mezibuněčná spojení částečně propustné pro albumin výsledkem je malý tlakový gradient do intersticia, ale ne do alveolu!!! alveolární epitelie aktivně pumpují tekutinu ven Na/K ATPasa aquaporiny CFTR plicní edém vede k poruše výměny plynů ( difuze) a dušnosti (popř. kašel suchý nebo vlhký) změna poddajnosti a peribronchiální edém

26 Plicní kapiláry Starlingovy síly

27 Ochrana plic proti edému

28 Zásadní role lymfatického systému plic

29 Patofyziologie plicního edému kardiogenní následek onemocnění srdce a násl. plicní hypertenze LVHF nekomp. SAH mitrální (aortální) stenóza zvýšen hydrostatický tlak ne-kardiogenní následek poškození alveolů nebo kapilár inhalace toxických substancí infekce trauma hrudníku systémové faktory sepse nízký onkotický tlak (játra, ledviny) zvýšena permeabilita nebo snížen onkotický tlak

30 Plicní edém RTG intersticiální vs. alveolární

31 ARDS (syndrom dechové tísně dospělých) synonyma šoková plíce, syndrom hyalinních membrán, post-traumatická plíce, mortalita klesá, ale stále vysoká 35 45% etiologie pulmonální (primární ARDS) aspirace žaludečního obsahu (2nd) pneumonie inhalační trauma plicní kontuze tonutí tuková embolie reperfuzní poranění po transplantaci plic etrapulmonální (sekundární ARDS) sepse/septický šok (1st) trauma hypovolemický šok pankreatitida (SIRS) intoxikace léky opakované transfuze

32 ARDS (syndrom dechové tísně dospělých) průběh latentní působení vyvolávající příčiny akutní fáze začne jako intersticiální a pokračuje do alveolárního edému průnik neutrofilů a aktivace, uvolnění proteáz a oxidační stres destrukce surfaktantu ( povrchové napětí a atelektázy), alveolárních epitelií (I i II) a plicního parenchymu alveolární edém s vysokým obsahem proteinů hyalinní membrány (nekrotické epitelie a fibrin) aktivace trombocytů a mikrotrombotizace kapilár proliferativní/hojení ústup edému chronický zánět, aktivace myofibroblastů, neovaskularizace re-epitelizace alveolů (typ II) pozdní difuzní intersticiální fibróza event. tvorba cyst klinicky změna poddajnosti plic, porucha difuze může vyžadovat dlouhou mechanickou ventilaci závažnost lze odhadnout dle poměru PaO 2 /FiO 2 např. PaO 2 60 mmhg při dýchání 80% O 2 = 60/0.8 = 75 normálně > 300, těžký průběh < 100

33 RESPIRAČNÍ INSUFICIENCE JAKO MOŽNÉ VYÚSTĚNÍ CELÉ ŠKÁLY PLICNÍCH NEMOCÍ A STAVŮ

34 Kyslíková kaskáda určující fyziologický PaO 2 V/Q mismatch causes difference in PO 2 between pulmonary capillaries and pulmonary vein

35 Klasifikace příčin hypoxemie ( PaO 2 ) (1) Hypoventilace ( V' A ) PaO 2 je nízký kvůli nízkému PAO 2 při retenci CO 2 (viz ) za předpokladu normálního atmosférického tlaku a normální FiO 2 (2) Porucha difuze (a) nízká koncentrace nebo parciální tlak kyslíku ve inspirovaném vzduchu např. vysoká nadmořská výška PaO 2 při PAO 2 při atmosférickém tlaku a normálním FiO 2 nebo vydýchaný vzduch v uzavřeném prostoru bez cirkulace nebo hoření (b) zkrácení doby průchodu krve kapilárou (normálně cca 0.75s) (c) ztluštění alveolo-kapilární bariéry PaO 2 při normálním PAO 2 a atmosférickém tlaku a FiO 2 tj. P(A-a)O 2 (3) R-L zkrat PaO 2 při normálním PAO 2 a atmosférickém tlaku a FiO 2 tj. P(A-a)O 2 (4) Ventilačně perfuzní nepoměr PaO 2 s variabilním PAO 2 (heterogenita ve ventilaci mezi alveoly) při normálním atmosférickém tlaku a FiO 2

36 Respirační insuficience (RI) cílem respirace je udržet optimální hodnoty krevních plynů prostřednictvím jejich výměny se zevním okolím tzn. definitorickým kritériem RI jsou hodnoty krevních plynů! PaO 2 60 mmhg a příp. PaCO 2 50 mmhg PaO 2 (hypoxemie) je konstantní komponenta RI pokles pod 60 mmhg má už efekt na saturaci Hb PaCO 2 (hyperkapnie) může být součástí (typicky porucha ventilace a VA/Q mismatch), ale často vidíme normo- nebo hypokapnii (v důsledku hyperventilace) klasifikace RI typ I neboli parciální neboli hypoxemická PaO 2 10 kpa a normální nebo PaCO 2 neostatečná oxygenace krve při poruše difuze, zkratu a VA/Q např. porucha perfuze při PE nebo dominantní emfyzém typ 2 neboli globální neboli ventilační PaO 2 10kPa and PaCO 2 6 kpa porucha mechanické ventilace kompenzovaná normální ph krve» retence bazí a acidifikace moči dekompensovaná pokles ph krve < 7,36 (respirační acidóza)

37 PaCO2 (mmhg) Respirační insuficience důvodem RI může být porucha jakékoliv z funkcí respiračního systému ventilace, difúze i perfúze plic a nebo jejich kombinací dynamika akutní RI = rychle se rozvinuvší onemocnění plic u před tím zdravého člověka infekce, ARDS,, obstrukce dých. cest, hypoventilace, exacerbace resp. progrese do té doby chron. onemocnění ( acute on chronic RI) chronická RI charakter poruchy výměny krevních plynů je u různých nemocí a stavů rozdílný: A čistá hypoventilace např. intoxikace/útlum CNS, neuromuskulární, trauma hrudníku, obstrukce horních dých. cest, pneumothorax B VA/Q např. chron. bronchitida, astma C intersticiální onemocnění plic fibróza, edém, bronchopneumonie D R-L zkrat ASD, VSD, PDA E efekt oxygenoterapie E A B C D PaO2 (mmhg)

38 Kyslík může být jak perfusion tak diffsuion limited za fyziologických okolností je kyslík perfusion-limited plyn, tj. po dubu průchodu krve kapilárou se při norm. P AO2 kompletně ekvilibruje patologicky může být omezeno např. zvýšením/zrychlením plicní perfuze (globálně či regionálně) např. oblast mimo PE, hyperkinetická cirkulace, patologicky může být kyslík i diffusion-limited plyn, tj. v důsledku změn parametrů difuze (rozpustnost, plocha, gradient, vlastnosti membrány) nedochází ke kompletní ekvilibraci např. intersticiální onem. plic, edém ale také extrémní fyzická zátěž

39 Akutní vs. chronické RI

40

41 Klinický obraz RI tachypnoe, dyspnoe, zapojení pomocných dýchacích svalů; tachykardie; poslechový nález s oslabením až vymizením dýchacích šelestů; cyanóza; anxiozita, agitovanost, kvantitativní porucha vědomí.[1] Hypoxemie dráždí periferní chemoreceptory, čímž dojde k hyperventilaci. Na podkladě aktivace sympatiku vzniká tachykardie, tachypnoe, úzkost a zvýšené pocení. Při další progresi hypoxemie se přidávají neurologické příznaky jako je snížení mentálního výkonu, zmatenost a případně oběhová nestabilita (změny krevního tlaku a srdeční frekvence). Při další progresi selhává i ventilace, což vede k hyperkapnii s útlumem CNS.[2] Hyperkapnie se projevuje změnami vědomí (spavost může být vystřídána neklidem, třesem a bolestí hlavy). U těžší hyperkapnie může být nitrolební hypertenze. Při dalším vzestupu pco2 nastupuje kóma. Centrální cyanóza bývá zejména u chronických pacientů s polycytémií.[2]

42 RI je jednou z příčin generalizované hypoxie O 2 Hypoxic hypoxia CO 2 Blood marrow erytropoesis erythropoetin po2 Circulation hypoxia (ischemic) Anemic hypoxia kidney Histotoxic hypoxia Sugar Lipids Proteins + O 2 CO 2 H 2 O cell mitochondria mitochondria

43 Multidimenzionální klasifikace nemocí plic prakticky každý stav může být charakterizován mnoha parametry je omezena ventilace a jak? spirometrie, krevní plyny a další obstrukční (FEV1) vs. restrikční (FVC, TLC) je ovlivněna výměna plynů a jak? analýza krevních plynů, ABR aj. 4 příčiny hypoxemie (hypoventilace, difuze, R-L zkrat, VA/Q mismatch) příp. jaký typ RI podle příp. CO 2 retence hypoxemická (typ 1, parciální) vs. hyperkapnická (typ 2, globální) RI je příp. porucha ABR kompenzované či (tj. akutní nebo chronická)? respirační acidóza vs. alkalóza jaká je klinická symptomatologie? kašel / dušnost / cyanóza / změna frekvence a hloubky dýchání

44